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Stefan und Rotliegend im Thüringer Wald und seiner Umgebung

Lützner, Harald; Andreas Dieter, ; Schneider, Jörg. W; Voigt Sebastian, ; Werneburg, Ralf

Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften Heft 61 (2012), p. 418 - 487

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published: Oct 25, 2012

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ArtNo. ESP171906100020, Price: 15.40 €

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Kurzfassung

Im Thüringer Wald tritt eine oberstefanisch-rotliegende Abfolge zutage, die lithostratigraphisch in 11 Formationen gegliedert wird. Durch Bohrungen ist nachgewiesen, dass die Verbreitung der Formationen unter jüngerer Bedeckung bis über die Ränder des Thüringer Waldes hinausreicht, nach NE ca. 12 km, nach W und SW mindestens 20 km. Über gefalteten proterozoisch-altpaläozoischen Formationen des Saxothuringikums im SE, einem tiefgründig verwitterten Granitpluton (Thüringer Hauptgranit, Viseum) im mittleren Thüringer Wald und über Metamorphiten des Ruhlaer Kristallins im NW lagern die Georgenthal-Formation und die Möhrenbach-Formation diskordant auf dem variscisch geprägten Fundament. Beide Formationen bestehen vorwiegend aus trachytischlatitischen Vulkaniten, Pyroklastiten und Intrusiva. Die Möhrenbach-Formation enthält daneben einen nach oben ansteigenden Anteil von zunehmend sauren Förderprodukten. Beide Formationen wurden räumlich getrennt, jedoch weitgehend zeitgleich gebildet. Nach lithostratigraphischer Korrelation ist ein früherer Beginn und späterer Abschluss der Möhrenbach-Formation wahrscheinlich. In beiden Formationen weist der Fossilinhalt von Sedimenthorizonten im basalen bis unteren Teil ein oberstefanisches Alter nach. Demgegenüber tritt in der nachfolgenden Ilmenau-Formation an der Basis eine typische Rotliegend-Flora auf. Sie markiert die Rotliegend-Untergrenze. Der Vulkanismus der Ilmenau-Formation entwickelte sich petrochemisch bimodal mit Basiten und Rhyolithen. Die vulkanischen Förderprodukte alternieren räumlich und zeitlich mit lokalen Sedimentationsbecken. Die Manebach-Formation besteht aus lokal kohleführenden Grausedimenten, deren Klastenbestand ein weit reichendes fluviatiles Einzugsgebiet bezeugt. In der Goldlauter-Formation verzahnen sich grobklastische Rotsedimente alluvialer Fächer und randnaher Flussalluvionen mit lakustrischen grauen Beckensedimenten. Vulkanische Bildungen sind auf geringmächtige, tephrostratigraphisch nutzbare Tufflagen beschränkt. Die Sedimentationsmuster weisen auf eine erhebliche Reliefbelebung durch absinkende Halbgräben und begleitende Horste hin. In der Oberhof-Formation erreicht der Vulkanismus eine zweite Kulmination. Die vulkanischen Förderprodukte wechsellagern mit alluvialen und untergeordnet lakustrischen Sedimenten. Während die Untere Vulkanit-Folge aus einer petrochemisch gemischten Vulkanitassoziation besteht, werden die jüngeren Abschnitte von Rhyolithen dominiert. Die nur gebietsweise vorhandene Rotterode-Formation besteht aus roten, teils konglomeratischen Sandsteinen, die mehrere Rhyolithkörper einschließen. Die Tambach-Formation wird von grobklastischen Konglomeraten eingeleitet, die ein zertaltes Vulkanitrelief überziehen. Sie gehen in fluviatile Sandsteine und sandige Pelite über, die die jüngste stratigraphisch bedeutsame Fossillagerstätte des Rotliegend im Thüringer Wald enthält. Die annähernd zeitgleiche Elgersburg-Formation besteht aus ähnlichen Sedimenten, in die auch letzte vulkanische Förderprodukte eingeschaltet sind. Das Vorkommen der Eisenach-Formation ist auf die Westflanke des Ruhlaer Kristallins und das westlich vorgelagerte Werra-Becken beschränkt. Sie besteht am Beckenrand aus konglomeratischen Ablagerungen bergnaher Schwemmfächer in Wechsellagerung mit roten, pelitischen Playa-Sedimenten mit häufig haloturbaten Gefügen. Ihr Anteil nimmt mit Übergang zum Beckeninneren rasch zu. Die Neuenhof-Formation fasst die jüngsten Rotliegend-Sedimente unter dem Kupferschiefer, mit dem der Zechstein beginnt, zusammen. Die sandig-konglomeratischen und überwiegend fluviatil transportierten Sedimente sind im Randbereich anfangs noch rot gefärbt (Grenzkonglomerat). Im höheren Teil wie auch im Beckeninneren herrscht Graufärbung infolge mariner Infiltration durch das transgredierende Zechsteinmeer vor (Zechsteinkonglomerat). – Der Fossilinhalt der Rotliegendsedimente im Thüringer Wald lässt für mehrere Tiergruppen (Amphibien, Conchostraken, blattide Insekten, Süßwasser -Haie) eine biostratigraphische Zonierung zu. Zusammen mit numerischen Altersbestimmungen, die einen Bildungszeitraum von insgesamt ca. 25 Ma nachweisen, begründen die biostratigraphischen und paläoklimatischen Indikationen stratigraphische Korrelationen zu benachbarten Rotliegend-Becken. Die Bildungsräume der stefanisch-rotliegenden Formationen bezeugen für den Thüringer Wald und seine Umgebung eine komplexe Beckenentwicklung. Für die oberstefanischen Formationen wird der Einfluss NNE-SSW bis N-S streichender Riftzonen diskutiert. Eine Einbindung in das Thüringisch-Nordostbayerische Scherzonensystem am SW-Rand der Böhmischen Masse mit transtensionaler, dextraler Tendenz zeigen besonders die Zeitscheiben der Manebach- bis Oberhof-Formation. Das transtensionale Regime wird möglicherweise von einem transpressiven Ereignis im Grenzbereich von Oberhof- und Rotterode-Formation unterbrochen. Die jüngeren Formationen verteilen sich auf räumlich engere Ablagerungsräume. Die finale Phase des Reliefausgleichs ist durch Sedimente nur schwach belegt, jedoch bleibt ein Restrelief bis weit in den Zechstein hinein paläomorphologisch wirksam.

Abstract

The Thüringer Wald (Thuringian Forest) reveals an Upper Stephanian-Rotliegend succession that can be subdivided into eleven formations. These formations also occur in boreholes beyond the borders of the Thüringer Wald mountain range, to the Northeast by about 12 km and to the Southwest by at least 20 km. The Georgenthal and Möhrenbach Formations are in part coeval with each other. They unconformably overlie the folded Variscan basement, which consists of Proterozoic to Lower Palaeozoic formations of the Saxothuringian zone in the SE, a deeply-weathered granitic massif in the middle part (Thüringer Hauptgranit, Visé), and metamorphic rocks of the Ruhla Crystalline Complex in the NW. The Georgenthal and Möhrenbach formations mainly consist of trachyticlatitic volcanics, pyroclastics and intrusives. In addition, the Möhrenbach Formation contains acid volcanics that become increasingly acid upwards. According to lithostratigraphic correlation, the Möhrenbach Formation started earlier and finished later than the Georgenthal formation. The fossil content of sedimentary horizons in the basal or lower part of both formations indicates a late Stephanian age. The base of the overlying Ilmenau Formation contains a typical lowermost Rotliegend flora. The Ilmenau Formation displays a bimodal character of rhyolites and basic rocks that alternated in space and time in local sedimentary basins. The Manebach Formation consists of grey conglomerates, sandstones and mudstones, with some local coal seams. The polymict clastic components indicate that the fluvial drainage extended into regions from beyond the basin margin. In the Goldlauter Formation, coarse-clastic red sediments of marginal alluvial fans and valley fills interfinger with grey lacustrine sandstones, siltstones and mudstones. Volcanic events are restricted to several tuff layers, which are used as tephrostratigraphic marker horizons. The sedimentary patterns indicate considerable rejuvenation of the relief by subsiding half-grabens and accompanying horst structures. During the Oberhof Formation, the Rotliegend volcanism of the Thüringer Wald region underwent a second culmination. Volcanic rocks alternate with alluvial and subordinately with lacustrine deposits. A mixed volcanic association of basic, intermediate and acid volcanics took place in the lower volcanic succession, whereas the upper parts of the Oberhof Formation are dominated by rhyolites. The Rotterode Formation, which has only been preserved in a few areas, consists of red sandstones with conglomeratic intercalations that enclose several rhyolitic bodies and tuff layers. The Tambach Formation starts with coarse conglomerates, which fill and cover a volcanic relief that had been partially dissected by canyons. The conglomerates pass upwards into red sandstones and sandy mudstones, which contain the youngest fossil beds of stratigraphic significance in the Thüringer Wald Rotliegend succession. The Elgersburg Formation has a lithology and age similar to the Tambach Formation, however it contains the last volcanic rocks of the Rotliegend section. The Eisenach Formation only occurs at the Western flank of the Ruhla Crystalline Complex and the adjacent Werra basin. The marginal facies is represented by interfingering of monotonous conglomeratic alluvial fan deposits and of red, silty to sandy mudstones that frequently display sedimentary structures of haloturbation. The mudstones are clearly dominant toward the basin center. The youngest Rotliegend sediments, the Neuenhof Formation, are overlain by the Kupferschiefer horizon marking the base of the Zechstein group. The sandy and conglomeratic sediments of the Neuenhof Formation are mainly fluvial deposits, which are reddish colored in their lower part at more marginal settings (Grenzkonglomerat). The upper part of the marginal deposits, as well as the entire formation in the center of the Werra Basin, is grey colored from seawater infiltration by the transgressing Zechstein Sea (Zechsteinkonglomerat). – The fossil content of the Rotliegend sediments permits a biostratigraphic zonation for several animal groups, including amphibians, conchostracans, blattid insects and freshwater sharks. Together with radiometric age determinations that span approximately 25 Ma, the biostratigraphic zonations and palaeoclimatic indicators correlate stratigraphically with other intramontane Rotliegend basins. – The sedimentary and volcanic history of the Stephanian – Rotliegend formations show a complex process of basin development in the Thüringer Wald district and adjacent areas. Tectonic control by NNESSW and N-S trending rift zones is under discussion for the Upper Stephanian volcanic formations. The basin setting for the Goldlauter and Oberhof Formations fits a dextral transtensional, pull-apart structure that was an integral part of the Thuringian-Franconian shear zone along the SW border of the Bohemian Massif. This transtensional regime possibly turned into a transpressive phase near the Oberhof\Rotterode boundary. The younger formations are distributed in more narrow depositional areas. The final phase of peneplane formation is poorly reflected by sediments; however Zechstein sedimentary patterns indicate that a residual palaeomorphologic relief was gradually covered by the Zechstein deposits.

Keywords

Lower PermianRotliegendThuringian Forestlithostratigraphybiostratigraphystratigraphic correlationbasin developmentGermanyThuringiaUnterpermThüringer WaldLithostratigraphieBiostratigraphiestratigraphische KorrelationBeckenentwicklungDeutschlandThüringen